射频本振设计

1 本振单元一般设计方法
1.1 锁相环的主要组成单元:
鉴相器(phase detector),环路滤波器(loop filter),压控振荡器(voltage control oscillator)
1.2 各单元关键指标:
组织培养瓶1. 鉴相器:
参考频率范围(MHz
鉴相频率范围(MHz
参考频率功率范围(Vpp
电荷泵增益(mA——检相灵敏度
1Hz Normalized Phase Noise FloordBc/Hz
2. 环路滤波器:
有源滤波器(active filter
优点:检相器输出电压范围可小于VCO需求范围
缺点:噪声大、成本高、尺寸大
无源滤波器(passive filter
优点:噪声小、成本低、尺寸小
缺点:VCO调谐电压需求大于电荷泵电压
3. 压控振荡器:
调谐灵敏度(MHz/V
输出频率范围(MHz
输出功率范围(dBm
相位噪声(dBc/Hz
谐波抑制(dBc
1.3 系统关键指标:
频率范围
频率步进拉画笔
相位噪声phase noise
杂散spur
锁定时间(lock time
ostasksuspend相位余量和环路带宽
2 目前板卡中锁相环的设计
在目前RRU的设计中,本振模块选用的是NATIONAL SEMICONDUCTOR公司的IC锁相环LMX2531系列,其功能框图如 1所示
1  PLL功能框图
LMX2531是芯片级的锁相环,因采用小数分频模式,鉴相频率较高,相对整数分频的器件带内相噪较好,弥补了内部集成VCO性能一般的劣势,同时因环路滤波器环路带宽相对较宽,对参考信号的信号质量更敏感。
LMX2531内部集成了参考分频器、可编程分频器、吸油烟机止回阀鉴相器、第三、四阶环路滤波器、告警电路、超低噪声抗震床LDO及抑制小数杂散的电路,功能强大、封装较小、对直流电源噪声指标要求较低。
2LMX2531的典型应用,PLL外围电路的设计以此为依据。由于目前设计对频率锁定时间要求较低,所以不需要快速锁定功能,去掉R2PLF
2  LMX2531的典型应用
2.1 设计主要考虑因素
1. 环路带宽
锁相环环路带宽内的相位噪声主要由参考信号、分频器(RN)和鉴相器的噪声决定;环路带宽外的相位噪声主要由VCO的噪声决定。为了达到对噪声的最佳抑制,只要把环路带宽选择在VCO 的相位噪声和锁相环环路带宽内相位噪声相等时对应的交点频率上,锁相环输出的相位噪声功率就最小。
LMX2531系列的锁相环环路带宽内相位噪声的近似计算公式如下:
相位噪声=相位噪声本底+10log(鉴相频率)+20log(分频次数)
2. 杂散
杂散是锁相环设计中的一个重要问题。
最常见的杂散为鉴相泄漏,主要是由于电荷泵不匹配和电荷泵泄漏引起的。它出现在距离本振频率整数倍鉴相频率处。因目前的设计中鉴相频率值选用较大,所以环路滤波器对杂散抑制较大,一般都在80dBc以下,对性能的影响可忽略。在设计中,主要用提高鉴相频率和优化环路滤波器的方法来抑制鉴相杂散。
电源和参考信号也会引入一定的杂散,需要用噪声低的LDO抑制电源噪声,使环路带宽尽量窄以抑制带外参考杂散,同时也需要有较高质量的参考信号。
LMX2531为小数分频器件,所以小数分频引入的杂散也需关注。小数杂散出现的频率为中心频率±鉴相频率*k/NUMk=12NUM其中NUM为小数分频的分母)。小数分频杂波
可通过提高-∑调制器的级数和为小数分频序列增加随机性来抑制。这两种方式在芯片内部处理单元中都已包含,可通过修改相应寄存器数值选择使用。
整数边界杂散会固定产生在鉴相频率整数倍处,当本振频点距离鉴相频率整数倍很近时,由于环路滤波器对其抑制很小,从而使整数边界杂散较大,在设计时最好能提高鉴相频率,选择合适的鉴相频率来避开整数边界杂散。
2.2 血栓疏通机器是真的吗目前设计优缺点及改进方法
1. 优点
目前使用的器件采用了内部集成VCO,应用方便,节省PCB面积。
2. 缺点
应用不够灵活,相噪指标可优化空间不大。
3. 改进方法
主要需要考虑对杂散和相噪进行优化。
影响本振杂散和相噪的因素主要分为两部分,一部分为锁相环内部因素,主要指VCO的性能,环路带宽的设计等,一部分为外部因素,主要指的是提供给锁相环的参考信号和电源。
从外部因素考虑,为了获得较好质量的本振信号,需要保证参考信号和电源的质量。
从内部因素考虑,对于杂散,目前存在的最大问题是整数杂散的问题,如果要求本振可用范围比较宽,可以提高鉴相频率,选择合适的鉴相频率避开整数杂散点。lmx2531系列的鉴相频率最高到32MHz,如果需要更高的鉴相频率需要更换其他芯片,例如lmx2541系列,但会增加成本。对于相噪的优化,目前芯片级集成VCOPLL的相噪指标均和lmx2531类似,没有很明显的提高,如果需要大幅度提高相噪,需要使用分立器件,而分立的VCOPCB设计要求较高,占的空间比较大,同时也会增加成本。在设计中需要兼顾性能,成本,尺寸的要求。

本文发布于:2024-09-23 04:19:49,感谢您对本站的认可!

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